रिकेन ने अल्ट्रा-वाइड तापमान रेंज (-180~240 डिग्री) ब्लू फेज़ लिक्विड क्रिस्टल लेजर में नई प्रगति की है

ब्लू-फेज लिक्विड क्रिस्टल (बीपीएलसी) लेजर, अपने कम लेजर थ्रेशोल्ड, बहु-उत्तेजना प्रतिक्रिया, बहु-दिशात्मक उत्सर्जन और वास्तविक समय पुनर्संरचना के साथ, सेंसिंग, डिस्प्ले और एंटी-जालसाजी में महान अनुप्रयोग संभावनाएं हैं। वर्तमान में, नीले चरण लिक्विड क्रिस्टल लेज़रों पर शोध में बाहरी उत्तेजनाओं (जैसे, प्रकाश, बिजली, गर्मी, बल, आदि) के तहत लेज़र तरंग दैर्ध्य की ट्यूनेबिलिटी शामिल है, और बीपीएलसी की संकीर्ण तापमान खिड़की के कारण रुचि बढ़ रही है। विस्तृत तापमान डोमेन BPLCs लेजर के अध्ययन में। पॉलिमर स्थिरीकरण प्रणालियों को अपनाने से बीपीएलसी की तापमान सीमा को सफलतापूर्वक 5 0 0 डिग्री तक बढ़ा दिया गया है, जिससे बीपीएलसी लेजर की तापमान सीमा में भी वृद्धि हुई है। हालांकि, अन्य कार्बनिक लेजर की तुलना में, कम तापमान पर बीपीएलसी में मोबाइल चरण के छोटे अणुओं का यादृच्छिक क्रिस्टलीकरण और डाई और सिस्टम के बीच खराब संगतता बीपीएलसी में 0 डिग्री से नीचे लेजर उत्सर्जित करना चुनौतीपूर्ण बनाती है। इसके अलावा, कम तापमान पर बीपीएलसी लेजर की कार्य प्रणाली अभी भी अस्पष्ट है। यह ध्रुवीय, गहरे समुद्र और अंतरिक्ष जैसे अन्य कम तापमान वाले वातावरणों में बीपीएलसी लेजर के संभावित अनुप्रयोगों को गंभीर रूप से सीमित कर देता है। इसलिए, अच्छी सिस्टम अनुकूलता और कम तापमान वाले एंटीफ्ीज़ को पूरा करने के लिए उपयुक्त बीपीएलसी सिस्टम का डिज़ाइन कम तापमान वाले बीपीएलसी लेजर के विकास के लिए महत्वपूर्ण है।
उपरोक्त समस्याओं को हल करने के लिए, चीनी विज्ञान अकादमी के भौतिकी और रसायन विज्ञान संस्थान के सेंटर फॉर बायोनानोमटेरियल्स एंड इंटरफेस साइंस के शिक्षाविद जियांग लेई और शोधकर्ता वांग जिंगक्सिया की टीम ने पॉलिमर-स्थिर नीले-चरण तरल क्रिस्टल तैयार किए। उनके पिछले कार्य में तापमान की विस्तृत श्रृंखला (-190 डिग्री ~360 डिग्री ) (नेट कम्यून. 2021, 12 (1), 3477.); नीले-चरण तरल क्रिस्टल के बैंड गैप केंद्रों और डाई पैटर्न को समायोजित करके, हम समान परिणाम प्राप्त करने में सक्षम हैं। तैयार ब्लू-फेज लिक्विड क्रिस्टल बैंडगैप सेंटर, डाई ऑर्डरिंग पैरामीटर, अनुनाद गुहा गुणवत्ता और पंप ऊर्जा को समायोजित करके, डाई-डोप्ड ब्लू-फेज लिक्विड क्रिस्टल की अनुनाद गुहाओं में नियंत्रित एक-से-चार-मोड सतह उत्सर्जन लेसिंग हासिल की गई है। (सी6-बीपीएलसी) (वकील मेटर 2022, 34(9), 2108330.); तैयार किए गए नीले-चरण तरल क्रिस्टल का उपयोग अत्यधिक विघटित बहुरंगा नीले-चरण तरल क्रिस्टल की तैयारी के लिए टेम्पलेट के रूप में किया जाता है। तैयार नीले लिक्विड क्रिस्टल को टेम्प्लेट के रूप में उपयोग करते हुए, उच्च रिज़ॉल्यूशन वाले बहु-रंग नीले लिक्विड क्रिस्टल तैयार किए गए (Adv. Function. Mater. 2022, 32 (15), 2110985.); और नीले तरल क्रिस्टल की बहुलक सामग्री को विनियमित करके, नीले तरल क्रिस्टल की बहुलक मचान प्रणाली प्राप्त की गई थी, और बीपीएलसी की तापमान सीमा 25 ~ 230 डिग्री तक बढ़ा दी गई थी (विज्ञापन मैटर 2022, 34 (47), 2206580.). मेटर. 2022, 34 (47), 2206580।
हाल ही में, अनुसंधान टीम ने तर्कसंगत प्रणाली चयन और डिज़ाइन द्वारा 0 डिग्री से नीचे एक विस्तृत लेजर तापमान रेंज ({{0}} डिग्री) को सफलतापूर्वक महसूस किया है, जिससे कम तापमान पर छोटे लिक्विड क्रिस्टल अणुओं के यादृच्छिक क्रिस्टलीकरण को कम किया जा सके। सिस्टम की अनुकूलता में सुधार के लिए ऑल-पॉलीमराइजेशन द्वारा तापमान, और चेन-लचीले लिक्विड क्रिस्टल मोनोमर्स (RM105) और डाई अणुओं (DCMs) का चयन करना। यह दिखाया गया कि ऑल-पॉलीमर बीपीएलसी ने अच्छी सिस्टम अनुकूलता के कारण एक संकीर्ण लेजर लाइनविड्थ (0.0881 एनएम) और कम लेजर थ्रेशोल्ड (37 एनजे/पल्स) का प्रदर्शन किया; इस बीच, ऑल-पॉलीमराइज़्ड सिस्टम ने नमूनों की फोटो-थर्मल स्थिरता में वृद्धि की, जिसमें पर्याप्त परावर्तन/प्रतिदीप्ति संकेत, उपयुक्त क्वांटम पैदावार और प्रतिदीप्ति जीवनकाल, मिलान परावर्तन और प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रा, स्थिर बीपीएलसी निर्माण और उच्च अपघटन तापमान शामिल हैं, जिसने नमूनों को सक्षम बनाया। -180-240 डिग्री में लेज़र प्रकाश उत्सर्जित करें। इसके अलावा, कम तापमान पर लेजर तरंग दैर्ध्य और बीपीएलसी की सीमा के भिन्नता नियम (<0 ℃) are revealed for the first time, i.e., red-shifted laser wavelength and increasing laser threshold with decreasing temperature, resulting in a red-shifted laser wavelength and a "U"-shaped laser threshold in -180~240 ℃. These unique laser behaviors are related to the temperature-dependent anisotropic deformation of the BP lattice (-180-0 ℃: BPI lattice contracted along the (110) direction; 0-26.7 ℃: almost unchanged BPI lattice; 26.7-240 ℃: BPI lattice accelerated to expand along the (110) direction). This work not only opens the door to low-temperature BPLCs, but also provides important insights into the design of novel organic optical devices.
परिणाम एडवांस्ड मैटेरियल्स में प्रकाशित फुली-पॉलीमराइज्ड ब्लू फेज़ सुपरस्ट्रक्चर के आधार पर -180 डिग्री से 240 डिग्री तक फैले सुपर-वाइड तापमान लेजर के रूप में प्रस्तुत किए गए हैं।
लेख के संबंधित लेखक इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड केमिस्ट्री, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के डॉ. जिंगक्सिया वांग हैं। आईयूपीएसी, सीएएस में पीएचडी छात्र युजी चेन पहले लेखक थे। आईयूपीएसी के श्री जिंग ली और श्री फेंग जिन ने नीले-चरण तरल क्रिस्टल के लेजर लक्षण वर्णन में मदद की, फुडन विश्वविद्यालय के भौतिकी विभाग के प्रोफेसर लेई शी ने नीले-चरण तरल क्रिस्टल के फोटोनिक बैंडगैप के लक्षण वर्णन में मदद की, और चीनी विज्ञान अकादमी के भौतिकी और रसायन विज्ञान संस्थान के शिक्षाविद लेई जियांग ने इस अध्ययन के लिए पेशेवर मार्गदर्शन और सहायता प्रदान की।
इस शोध को चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन और चीनी विज्ञान अकादमी के नीदरलैंड अनुसंधान कार्यक्रम द्वारा समर्थित किया गया था।

चित्र 1. पूरी तरह से पॉलिमराइज्ड बीपीएलसी की रासायनिक संरचना और लक्षण वर्णन। क) डोप्ड रंगों के पूर्णतः पोलीमराइज्ड नमूनों में प्रयुक्त पदार्थों के रासायनिक संरचनात्मक सूत्र; बी) डिग्री लेजर तापमान डोमेन में नमूनों के सूक्ष्म संरचनात्मक परिवर्तनों का योजनाबद्ध आरेख; ग) टीईएम प्लॉट; घ) कोसेल प्लॉट; परिवर्तनीय-तापमान ई) परावर्तन स्पेक्ट्रा और एफ) -180 - 240 डिग्री के नमूनों का प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रा; छ) लेजर तरंग दैर्ध्य बनाम तापमान; ज) साहित्य में नीले-चरण लिक्विड क्रिस्टल लेजर के ऑपरेटिंग तापमान रेंज के साथ वर्तमान कार्य की तुलना।

चित्र 2. अन्य प्रणालियों और डाई संगतता परीक्षण के साथ इस ऑल-पॉलिमर प्रणाली के प्रदर्शन की तुलना। ए) लेजर तापमान रेंज की तुलना; बी) कमरे के तापमान पर लेजर थ्रेशोल्ड की तुलना; सी) पीओएम के तहत डाई घुलनशीलता परीक्षण सी1) 90.0 मिलीग्राम आरएम105 + 4.5 मिलीग्राम डीसीएम; c2) 90.0 mg C6M + 4.5 mg C6, 120 डिग्री पर। यह इंगित करता है कि DCM की RM105 के साथ बेहतर अनुकूलता है। डीएफ) संसक्त ऊर्जा घनत्व (सीईडी) की सैद्धांतिक गणना, प्रयोगात्मक प्रणाली: आरएम105 + आरएम257 + डीसीएम; नियंत्रण प्रणाली: C6M + C6. प्रायोगिक प्रणाली में नियंत्रण प्रणाली की तुलना में बड़ा CED और घुलनशीलता पैरामीटर (δ) है, जो बताता है कि ऑल-पॉलिमर प्रणाली में C6M + C6 की तुलना में बेहतर अनुकूलता है। छ) डी) डीसीएम, आरएम 105 + 4.5 मिलीग्राम डीसीएम की सैद्धांतिक गणना; सी2) 90.0 मिलीग्राम सी6एम {{32%).5 मिलीग्राम सी6 120 डिग्री पर। (जी) डीएससी प्लॉट, ऑल-पॉलिमर नमूने के लिए केवल एक ग्लास संक्रमण तापमान (टीजी=26.7 डिग्री) है, जबकि न केवल एक टीजी ({{39%).94 डिग्री) है, बल्कि 25 wt% की पोलीमराइजेशन डिग्री के साथ नमूने के लिए एक क्रिस्टलीकरण शिखर (टीसी=-24.95 डिग्री) और अनपोलीमराइज्ड घटक (टीबीपी=77.35 डिग्री) का एक चरण संक्रमण शिखर भी है। (टीबीपी= 77.35 डिग्री)।
चित्र 3. सभी पॉलिमर नमूनों के लेजर गुण। एबी) उत्सर्जन स्पेक्ट्रा, -180-240 डिग्री; सीडी) कमरे के तापमान पर लेजर का एफडब्ल्यूएचएम; ई) कमरे के तापमान पर लेजर थ्रेशोल्ड; च) थ्रेसहोल्ड बनाम तापमान "यू" आकार में।

चित्र 4. सभी पॉलिमर नमूनों का फोटोथर्मल संपत्ति विश्लेषण। ए) थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण; बीडी) स्वस्थानी परिवर्तनीय तापमान एक्सआरडी; ई) विभिन्न तापमानों पर परावर्तन शिखरों और प्रतिदीप्ति शिखरों की सापेक्ष स्थिति; च) परावर्तन केंद्र तरंग दैर्ध्य/प्रतिबिंब तीव्रता बनाम तापमान; परिवर्तनीय तापमान छ) क्वांटम पैदावार और ज) प्रतिदीप्ति जीवनकाल; i) सीटू परिवर्तनीय तापमान पीओएम प्लॉट में; जे) सीटू परिवर्तनीय तापमान में कोणीय रूप से हल किया गया स्पेक्ट्रा (प्रतिबिंब मोड)।

चित्र 5. सभी पॉलिमर नमूनों के तापमान परिवर्तन के दौरान इन-सीटू कोसल भिन्नता। ए) कोसेल प्लॉट; बी) कोसेल प्लॉट / बीपी जाली बनाम तापमान; सी) कोसल केंद्र गोलाकार त्रिज्या (आर) और प्रतिबिंब केंद्र तरंग दैर्ध्य (λ) बनाम तापमान (टी)।

चित्र 6. तापमान परिवर्तन के दौरान सभी-बहुलक नमूनों के सूक्ष्म संरचनात्मक परिवर्तन और अन्य लेजर गुण। ए) विभिन्न तापमानों पर बीपी जाली का परिवर्तन। ए1) बीपीआई जाली (110) के साथ अनुबंधित; ए2) लगभग अपरिवर्तित बीपीआई जाली; a3) (110) के साथ बीपीआई क्रिस्टल का त्वरित विस्तार; बी) एक्स, वाई और जेड की तीन ऑर्थोगोनल दिशाओं में लेजर उत्सर्जन, पंप ऊर्जा: 0.205 μJ/पल्स; सी) लेजर का ध्रुवीकरण परीक्षण, एल/आरसीपी: बाएं/दाएं गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश, पंप ऊर्जा: 0.205 μJ/पल्स। पंप ऊर्जा: 0.205 μJ/पल्स।